МОДЕЛЬ АСИНХРОННОГО ДВИГУНА З МАСИВНИМ ФЕРОМАГНІТНИМ РОТОРОМ ДЛЯ ДИНАМИЧНИХ РЕЖИМІВ
DOI:
https://doi.org/10.31319/2519-8106.2(53)2025.341962Ключові слова:
асинхронний двигун з твердотілим ротором, метод кінцевих елементів, динамічний режим, система рівняньАнотація
Впровадження у різних сферах промислового виробництва автоматизованих технологічних ліній вимагає оцінки якості та умов експлуатації електроприводів виконавчих механізмів. Це обумовлює розширення вимог до електродвигунів, які повинні зберігати функціональність у широких діапазонах температур, високій вологості, в умовах вібрацій і ударів, коливань напруги живлення і т.д. Дані фактори суттєво впливають на робочі властивості електродвигунів, а тому повинні враховуватися при їх проектуванні.
На сьогоднішній день асинхронні двигуни (АД) набули широкого поширення для промислових механізмів. Особливе місце серед них займають асинхронні двигуни з твердотілим ротором (АДТР), які у порівнянні із загальнопромисловими серіями АД мають наступні переваги: висока механічна міцність, робота на великих частотах обертання, простота та технологічність виготовлення, тривалий термін служби, висока перевантажувальна здатність, прийнятні пускові та робочі характеристики. Враховуючи переваги АДТР, актуальним є дослідження їх характеристик для різних конструктивних модифікацій з метою розширення сфер промислового застосування.
Асинхронні двигуни з твердотілим ротором мають конструктивні особливості і відрізняються від загальнопромислових асинхронних двигунів насамперед формою ротора, який, як правило, виготовляється із магнітної сталі. Це впливає не тільки на характеристики двигуна, але і на динаміку перехідних процесів, що залежить від інерції як самого АДТР, так і ланок виконавчого механізму.
Зважаючи на конструктивне різноманіття АДТР, використання аналітичних методів для розрахунку їх характеристик є проблематичним. Виходом є застосування чисельних методів, серед яких найбільшого поширення набув метод кінцевих елементів. У статті запропоновано універсальну математичну модель асинхронного двигуна з твердотілим ротором на основі методу кінцевих елементів, яка дозволяє досліджувати електромагнітні та електромеханічні процеси у динамічних режимах.
Посилання
Bilek, V. & Barta, J. & Toman, M. & Losak, P. & Bramerdorfer, G. (2025). A comprehensive overview of high-speed solid-rotor induction machines: Applications, classification, and multi-physics modeling. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol. 166, 2025. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2025.110520.
D. Zhang, R. An, C. He, L. Bu, T. Wu. Electromagnetic design of a megawatt high efficiency high speed solid rotor induction motor. IEEE international electric machines and drives confer-ence, IEMDC (2017), pp. 1-8, https://doi.org/10.1109/IEMDC.2017.8002095.
Arumugam, P. & Xu, Z. & Rocca, A.L. & Vakil, G. & Dickinson, M. & Amankwah, E. & Hamiti, T. & Bozhko, S. & Gerada, C. & Pickering, S.J. (2016). High-Speed Solid Rotor Per-manent Magnet Machines: Concept and Design. IEEE Transactions on Transportation Electrifi-cation, Vol. 2, No. 3, 2016, p. 391-400.
Yi, J. & Zhu, Z. (2025). Design and analysis of electromagnetic and mechanical structure of ul-tra-high-speed slotted solid rotor induction motor. Sci. Rep. 15, 2386 (2025). https://doi.org/10.1038/s41598-025-86405-0.
Zienkiewicz, O. & Taylor, R. & Govindjee, S. (2024). The Finite Element Method. Its Basis and Fundamentals (8th Edition). Butterworth-Heinemann.
Gadala, M. (2020). Finite Elements for Engineers with ANSYS Applications. Cambridge Uni-versity Press.
Lee, H. (2023). Finite Element Simulations with ANSYS Workbench 2023. Theory, Applica-tions, Case Studies. SDC Publications.
Logan, D. (2016). A First Course in the Finite Element Method. CL Engineering.
Pepper, D.W. & Heinrich, J.C. (2017). The Finite Element Method: Basic Concepts and Appli-cations with MATLAB, MAPLE, and COMSOL (3rd Edition). CRC Press.
Aliprantis, D. & Wasynczuk, O. (2022). Electric Machines: Theory and Analysis Using the Fi-nite Element Method. Cambridge University Press.
Li, G. (2020). Introduction to the Finite Element Method and Implementation with MATLAB. Cambridge University Press.
Cardoso, J.R. (2019). Electromagnetics through the Finite Element Method: A Simplified Ap-proach Using Maxwell's Equations. CRC Press.
Kachura, A.V., & S'yanov, A.M., & Polyakov, R.M. (2017). Matematicheskoe modelirovanie zamknutoy sistemyi elektroprivoda na baze ventilnogo reaktivnogo dvigatelya na osnove metoda konechnyih elementov [Mathematical modeling of a closed loop electric drive system based on a reactive motor and finite elements method]. Visnik natsionalnogo tehnichnogo universitetu «HPI» - Bulletin of the National Technical University "HPI", 1, 1223, 113-117 [in Ukrainian].
V. Bilek, J. Barta, M. Toman, P. Losak, G. Bramerdorfer. A comprehensive overview of high-speed solid-rotor induction machines: Applications, classification, and multi-physics modeling. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol. 166. 2025. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2025.110520.
D. Zhang, R. An, C. He, L. Bu, T. Wu. Electromagnetic design of a megawatt high efficiency high speed solid rotor induction motor. IEEE international electric machines and drives confer-ence, IEMDC (2017), pp. 1-8, https://doi.org/10.1109/IEMDC.2017.8002095.
P. Arumugam, Z. Xu, A.L. Rocca, G. Vakil, M. Dickinson, E. Amankwah, T. Hamiti, S. Bozhko, C. Gerada, S.J. Pickering. High-Speed Solid Rotor Permanent Magnet Machines: Concept and Design. IEEE Transactions on Transportation Electrification, Vol. 2, No. 3, 2016, p. 391-400.
J. Yi, Z. Zhu. Design and analysis of electromagnetic and mechanical structure of ultra-high-speed slotted solid rotor induction motor. Sci. Rep. 15, 2386, 2025. https://doi.org/10.1038/s41598-025-86405-0.
O. Zienkiewicz, R. Taylor, S. Govindjee. The Finite Element Method. Its Basis and Fundamen-tals. 8th Edition. Butterworth-Heinemann, 2024. 650 p.
M. Gadala. Finite Elements for Engineers with ANSYS Applications. Cambridge University Press, 2020. 626 p.
H-H Lee. Finite Element Simulations with ANSYS Workbench 2023. Theory, Applications, Case Studies. SDC Publications, 2023. 614 p.
D. Logan. A First Course in the Finite Element Method. CL Engineering, 2016. 992 p.
D.W. Pepper, J.C. Heinrich. The Finite Element Method: Basic Concepts and Applications with MATLAB, MAPLE, and COMSOL. 3rd Edition. CRC Press, 2017. 628 p.
D. Aliprantis, O. Wasynczuk. Electric Machines: Theory and Analysis Using the Finite Element Method. Cambridge University Press, 2022. 514 p.
G. Li. Introduction to the Finite Element Method and Implementation with MATLAB. Cambridge University Press, 2020. 522 p.
J.R. Cardoso. Electromagnetics through the Finite Element Method: A Simplified Approach Us-ing Maxwell's Equations. CRC Press, 2019. 212 p.
Качура А.В., Съянов А.М., Поляков Р.М. Математическое моделирование замкнутой си-стемы электропривода на базе вентильного реактивного двигателя на основе метода ко-нечных элементов. Вісник національного технічного університету «ХПІ». Серія “Елект-ричні машини та електромеханічне перетворення енергії”. – Х.: НТУ «ХПІ», 2017. № 1, 1223. С. 113-117.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
a. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
b. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
c. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
